Відкриття року: створено перший у світі напівпровідник із графена, який замінить кремній

Науковці з Технологічного інституту Джорджії (США) розробили перший у світі функціональний напівпровідник із використанням графену. Цей пристрій можна використовувати у звичайній електроніці та навіть для квантових обчислень, пише Interesting engineering.

"Для мене це можна порівняти з тим, що зробили брати Райт", — сказав Волтер де Хір, професор фізики, який керував дослідженнями, натякаючи на те, що його графеновий чип так само важливий для розвитку технологій, як був важливим перший літак, здатний до польоту, створений інженерами братами Райт — ред.

Графен має двовимірну структуру, утворену одним шаром атомів вуглецю, організованих у гексагональну решітку. Він відомий своїми винятковими якостями такими, як електропровідність, механічна міцність і гнучкість.

"Це надзвичайно міцний матеріал, який може витримувати дуже великі струми, не нагріваючись і не розплавляючись", — сказав де Хір.

Напівпровідники — матеріали, здатні до електропровідності в певних умовах. З огляду на те, що кремнієвий матеріал, який широко використовується в кремнієвому виробництві, наближається до межі своїх можливостей в умовах зростаючого попиту на більш швидке опрацювання і менші за розміром електронні пристрої, графен міг би стати йому чудовою заміною. Графеновий напівпровідник, створений у Технологічному інституті Джорджії, сумісний із "традиційними методами обробки мікроелектроніки".

Професор Де Хір та його колеги нарощували шари графена на пластинах карбіду кремнію під високою температурою. У результаті утворився епітаксіальний графен — так називається той шар графена, який прилип до шару карбіду кремнію. Провівши низку тестів, дослідники довели, що епітаксіальний графен хімічно зв'язується з карбідом кремнію, демонструючи напівпровідникові характеристики. Вчені також використовували метод легування для перевірки провідності матеріалу. Їхні експерименти показали, що цей новий напівпровідниковий графен має рухливість електронів у 10 разів більшу, ніж кремній.

Однак команда зіткнулася із серйозною проблемою, коли справа дійшла до налагодження функції пропускання, яка відповідає за вмикання та вимикання напівпровідників (завдяки цьому вмиканню та вимиканню формується двійковий код, який складається з 0 і 1, — ред.). Річ у тім, що графен не має так званої "забороненої зони", яка б давала змогу вмикатися і вимикатися в потрібні моменти, а не довільно. Але вченим вдалося розробити технологію, що дає змогу встановити таку зону. Тепер графеновий напівпровідник працює справно і цілком може замінити кремнієвий.

Раніше ми писали про те, що вчені хочуть створити процесор на 1-нм. Передбачається, що 1-нанометрові напівпровідники увійдуть у масове виробництво вже у 2030-х роках і будуть на 20% продуктивнішими, ніж 2-нанометрові чипи.